Hielscher अल्ट्रासाउंड प्रौद्योगिकी

फार्मास्यूटिकल्स के लिए नैनोकणों के अल्ट्रासोनिक उपचार

अल्ट्रासाउंड कि sonochemical के लिए सफलतापूर्वक प्रयोग किया जाता है एक अभिनव प्रौद्योगिकी है संश्लेषण, deagglomeration, फैलाव, पायसीकरण, Functionalization और कणों की सक्रियता। विशेष रूप से नैनो में, ultrasonication नैनो-आकार सामग्री के संश्लेषण और प्रसंस्करण प्रयोजनों के लिए एक आवश्यक तकनीक है। के बाद से नैनो इस बकाया वैज्ञानिक रुचि प्राप्त की है, नैनो आकार के कणों असाधारण कई वैज्ञानिक और औद्योगिक क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। फार्मा शाखा इस लचीला और चर सामग्री के उच्च क्षमता भी खोज की है। नतीजतन, नैनोकणों दवा उद्योग में विभिन्न कार्यात्मक अनुप्रयोगों में शामिल कर रहे हैं, इन में शामिल हैं:

  • दवा वितरण (वाहक)
  • नैदानिक ​​उत्पादों
  • उत्पाद पैकेजिंग
  • बायोमार्कर की खोज

फार्मास्यूटिकल्स में नेनोसामग्री

विशेष रूप से, नैनोकणों के माध्यम से दवा वितरण पहले से ही सक्रिय एजेंटों को वितरित करने के लिए एक सिद्ध विधि है जिसे मौखिक या इंजेक्शन से पहले प्रशासित किया गया है। (बावा 2008) नैनो-तैयार दवाओं को खुराक दिया जा सकता है और अधिक कुशलता प्रदान की जा सकती है क्योंकि नई तकनीक चिकित्सा उपचार के पूरी तरह से उपन्यासपूर्ण तरीके खोलती है। यह उच्च क्षमता वाली तकनीक विशिष्ट कोशिकाओं, यानी रोगग्रस्त कोशिकाओं को दवाओं, गर्मी, या अन्य सक्रिय पदार्थों को वितरित करने में मदद करती है। इस प्रत्यक्ष दवा वितरण से, स्वस्थ कोशिकाएं दवाओं के प्रभाव से परेशान होती हैं। एक क्षेत्र, उस नैनो-तैयार दवाओं में पहले से ही उनके आशाजनक परिणाम कैंसर थेरेपी दिखाते हैं। कैंसर थेरेपी में यह नैनो के आकार के पदार्थों का बड़ा फायदा है कि दवा के अणुओं की उच्च खुराक सीधे अन्य अंगों के दुष्प्रभाव को कम करने के दौरान ट्यूमर कोशिकाओं को अधिकतम प्रभावों के लिए वितरित की जा सकती है। (लियू एट अल .008) इस लाभ के परिणामस्वरूप नैनो-आकार में कण कोशिका दीवारों और झिल्ली को पार करने में सक्षम होते हैं और सीधे लक्षित कोशिकाओं पर दवा के सक्रिय एजेंटों को छोड़ देते हैं।

प्रसंस्करण नेनोसामग्री

के रूप में नेनो सामग्री एक आयाम 100nm से कम के साथ कणों के रूप में परिभाषित कर रहे हैं इसका मतलब है कि उत्पादन और इन पदार्थों के प्रसंस्करण उच्च प्रयासों की आवश्यकता है।
बनाने के लिए और नैनोकणों कार्रवाई करने के लिए, agglomerates टूट जाना है और संबंध ताकतों पर काबू पाने की गई करने के लिए है। अल्ट्रासोनिक cavitation deagglomerate और नेनो सामग्री को फैलाने के लिए एक प्रसिद्ध तकनीक है। नेनो सामग्री और रूपों की विविधता दवा अनुसंधान के लिए कई गुना परिवर्तन खोलता है। कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) में एक बड़ी आंतरिक मात्रा होती है जो अधिक ड्रग अणुओं को समाहित करने की अनुमति देती है, और उनके पास कार्यान्वयन के लिए अलग-अलग आंतरिक और बाहरी सतह होती है। (हीलर एट अल। 2008) इसके द्वारा, सीएनटी कोशिकाओं में सक्रिय एजेंट, डीएनए, प्रोटीन, पेप्टाइड्स, लक्ष्यीकरण लिगैंड इत्यादि जैसे विभिन्न अणुओं को ले जाने में सक्षम हैं। सीएनटी को क्विंटेसेन्शियल नैनोमटेरियल्स के रूप में पहचाना गया है और नैनोसाइंस और नैनो टेक्नोलॉजी के सबसे सक्रिय क्षेत्रों में से एक की स्थिति हासिल की है। MWCNT 2-30 सांद्रिक ग्राफिक परतों से बना है, जिसमें व्यास 10 से 50 एनएम और 10 माइक्रोन से अधिक लंबाई है। दूसरी तरफ, एसडब्ल्यूसीएनटी बहुत पतला है, व्यास 1.0 से 1.4 एनएम तक है। (श्रीनिवासन 2008) नैनोपार्टिकल्स के साथ-साथ नैनोट्यूब कोशिकाएं दर्ज कर सकते हैं और उन्हें पूरी तरह से उठाया जा सकता है। विशेष रूप से funtionalized कार्बन नैनोट्यूब (एफ-सीएनटी) घुलनशीलता बढ़ाने और एक कुशल ट्यूमर लक्ष्यीकरण की अनुमति के लिए जाना जाता है। इसके द्वारा, एफ-सीएनटी, एसडब्ल्यूएनटी और एमडब्ल्यूएनटी को साइटोटोक्सिक (= कोशिकाओं से विषाक्त) होने से रोक दिया जाता है और प्रतिरक्षा प्रणाली के कार्य को बदल दिया जाता है। उदाहरण के लिए, एकल-दीवार कार्बन नैनोट्यूब उच्च शुद्धता SWCNTs 20 मिनट के लिए सिलिका पाउडर sonicating द्वारा एक तरल समाधान में प्राप्त किया जा सकता: उच्च शुद्धता (SWCNTs) sonochemical रास्ते पर उत्पादन किया जा सकता। कमरे के तापमान और परिवेश के दबाव में। (श्रीनिवासन 2005)

Sonochemically तैयार एकल-दीवार कार्बन नैनोट्यूब (SWNTs / SWCNTs)

Fig.1: SWCNTs के Sonochemical उत्पादन। ferrocene-xylene मिश्रण का एक समाधान में सिलिका पाउडर 20 मिनट के लिए sonicated किया गया है। कमरे के तापमान पर और परिवेश दबाव में। Sonication सिलिका पाउडर की सतह पर उच्च शुद्धता SWCNTs पैदा करता है। (जेओंग एट अल। 2004)

Functionalized कार्बन नैनोट्यूब (च-CNTs) भी वैक्सीन वितरण प्रणाली के रूप में कार्य कर सकते हैं। मूल अवधारणा है, जबकि, इसकी रचना को बनाए रखना है, जिससे कार्बन नैनोट्यूब के लिए प्रतिजन से जोड़ने के लिए है, है ना विशिष्टता के साथ एंटीबॉडी प्रतिक्रिया उत्प्रेरण है।
सिरेमिक नैनोकणों, अर्थात से ली गई सिलिका, टाइटेनिया या एल्यूमिना, एक झरझरा कण सतह है कि उन्हें एक आदर्श दवा वाहक बना देता है शामिल हैं।

अल्ट्रासोनिक संश्लेषण और नैनोकणों के वर्षा

नैनोकणों संश्लेषण या वर्षा से नीचे-ऊपर उत्पन्न किया जा सकता। sonochemistry nanosize यौगिकों तैयार किया जाता जल्द से जल्द तकनीकों में से एक है। अपने मूल काम में Suslick, फे (सीओ) 5 sonicated या तो एक साफ तरल एक deaclin समाधान के रूप में या में और 10-20nm आकार अनाकार लोहा नैनोकणों प्राप्त की। आम तौर पर, एक supersaturated मिश्रण एक अत्यधिक ध्यान केंद्रित सामग्री के बाहर ठोस कणों के गठन शुरू होता है। Ultrasonication पूर्व कर्सर के मिश्रण में सुधार और कण सतह पर बड़े पैमाने पर स्थानांतरण बढ़ जाती है। इस छोटे कण आकार और उच्च एकरूपता की ओर जाता है।

अल्ट्रासोनिक homogenizers एक प्रभावी dispersing, deagglomeration और नैनो सामग्री के mfunctionalization के लिए अनुमति देते हैं।

Pic। 1: Hielscher की प्रयोगशाला उपकरण UP50H छोटी मात्रा, उदा की sonication के लिए MWNTs dispersing।

नैनोकणों के अल्ट्रासोनिक functionalization

विशिष्ट विशेषताओं और कार्यों के साथ नैनोकणों को प्राप्त करने के लिए, कणों की सतह को संशोधित किया जाना चाहिए। पॉलिमरिक नैनोकणों, लिपोसोम, डेंडरिमर्स, कार्बन नैनोट्यूब, क्वांटम डॉट इत्यादि जैसे विभिन्न नैनोसिस्टम को फार्मास्यूटिक्स में कुशल उपयोग के लिए सफलतापूर्वक कार्यान्वित किया जा सकता है।
आदेश प्रत्येक व्यक्ति के कण की पूरी सतह functionalize करने के लिए, एक अच्छा फैलाव विधि की आवश्यकता है। जब फैलाया, कणों आम तौर पर कण सतह की ओर आकर्षित अणुओं की एक सीमा परत से घिरे हैं। नए कार्य समूहों कण सतह को पाने के लिए के लिए आदेश में, इस सीमा परत टूट या हटा दिया जाना चाहिए। तरल अल्ट्रासोनिक गुहिकायन से उत्पन्न विमानों अप करने के लिए 1000 किमी / घंटा की गति तक पहुँच सकते हैं। इस तनाव को आकर्षित करने ताकतों पर काबू पाने में मदद करता है और कण की सतह के लिए कार्यात्मक अणुओं किया जाता है। sonochemistry में, इस आशय छितरी उत्प्रेरक के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

प्रैक्टिकल उदाहरण:

पीएल-पीईजी द्वारा एसडब्ल्यूसीएनटीएस का अल्ट्रासोनिक कार्यान्वयन: ज़ीनेल्डिन एट अल। (200 9) ने दर्शाया कि फॉस्फोलिपिड-पॉलीथीन ग्लाइकोल (पीएल-पीईजी) के साथ अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा एकल दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (एसडब्ल्यूएनटी) का फैलाव इसे विभाजित करता है, जिससे कोशिकाओं द्वारा गैर-विशिष्टता को अवरुद्ध करने की क्षमता में हस्तक्षेप होता है। हालांकि, अप्रत्याशित पीएल-पीईजी लक्षित एसडब्ल्यूएनटी के विशिष्ट सेलुलर अपकेक को कैंसर कोशिकाओं द्वारा व्यक्त रिसेप्टर्स के दो अलग-अलग वर्गों को बढ़ावा देता है। पीएल-पीईजी की उपस्थिति में अल्ट्रासोनिक उपचार कार्बन नैनोट्यूब फैलाने या कार्यान्वित करने के लिए उपयोग की जाने वाली एक आम विधि है और पीईजी की अखंडता लिगैंड-कार्यात्मक नैनोट्यूब के विशिष्ट सेलुलर अपतटीय को बढ़ावा देने के लिए महत्वपूर्ण है। चूंकि विखंडन ultrasonication का एक संभावित परिणाम है, एक तकनीक आमतौर पर एसडब्ल्यूएनटी फैलाने के लिए प्रयोग की जाती है, यह शायद दवा वितरण जैसे कुछ अनुप्रयोगों के लिए एक चिंता है।

इस तरह के ultrasonicator UP400S के रूप में अल्ट्रासोनिक dispersing उपकरण आदेश दवा पदार्थों को तैयार करने में फैलाने और fragmente SWCNTs के लिए सही उपकरण है।

चित्र 2:। पी एल-पेग के साथ SWCNTs के अल्ट्रासोनिक फैलाव (Zeineldin एट अल 2009।)

अल्ट्रासोनिक Liposome गठन

अल्ट्रासाउंड का एक अन्य सफल अनुप्रयोग लिपोसोम और नैनो-लिपोसोम की तैयारी है। लिपोसोम-आधारित दवा और जीन डिलीवरी सिस्टम कई गुना उपचार में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, लेकिन सौंदर्य प्रसाधन और पोषण में भी। लिपोसोम अच्छे वाहक होते हैं, क्योंकि पानी घुलनशील सक्रिय एजेंटों को लिपोसॉम्स के जलीय केंद्र में रखा जा सकता है या यदि लिपिड परत में एजेंट वसा घुलनशील होता है। अल्ट्रासोनिक्स के उपयोग से लिपोसोम का गठन किया जा सकता है। लिपोसोम प्रीपेरेशन के लिए मूल सामग्री जैविक झिल्ली लिपिड पर आधारित या अम्फिलिक अणु हैं। छोटे unilamellar vesicles (एसयूवी) के गठन के लिए, लिपिड फैलाव धीरे-धीरे sonicated है – जैसे हाथ में अल्ट्रासोनिक डिवाइस के साथ UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter या अल्ट्रासोनिक रिएक्टर UTR200 – एक बर्फ स्नान में। इस तरह के एक अल्ट्रासोनिक उपचार की अवधि लगभग रहता है। 5 - 15 मिनट। छोटे unilamellar vesicles का उत्पादन करने के लिए एक अन्य विधि बहु परतदार पुटिकाओं लिपिड के sonication है।
दीनू-Pirvu एट अल। (2010) transferosomes की प्राप्त करने की रिपोर्ट है कमरे के तापमान पर MLVs sonicating द्वारा।
Hielscher Ultrasonics प्रक्रियाओं के सभी प्रकार के आवश्यकता को पूरा करने के लिए विभिन्न अल्ट्रासोनिक उपकरण, sonotrodes और सामान प्रदान करता है।

लिपिड में एजेंटों की अल्ट्रासोनिक कैप्सूलीकरण

लिपिड सक्रिय एजेंट के लिए वाहक के रूप में काम करता है। अल्ट्रासाउंड तैयार करने और सक्रिय एजेंट के फंसाने के लिए लिपिड बनाने के लिए एक प्रभावी उपकरण है। कैप्सूलीकरण से पहले, लिपिड फॉस्फोलिपिड ध्रुवीय प्रमुखों की सतह प्रभार प्रभारी बातचीत (Míckova एट अल। 2008) के कारण समूहों बनाने के लिए करते हैं, इसके अलावा वे खोला जाता है। उदाहरण के द्वारा, झू एट अल। (2003) ultrasonication द्वारा लिपिड में बायोटिन पाउडर की कैप्सूलीकरण का वर्णन। के रूप में बायोटिन पाउडर पुटिका निलंबन समाधान में जोड़ा गया है, समाधान लगभग के लिए sonicated किया गया है। 1 घंटा। इस उपचार के बाद, बायोटिन लिपिड में फँस गया था।

लाइपोसोम Emulsions

मॉइस्चराइजिंग या एंटी-एजिंग cremes, लोशन, जैल और अन्य cosmeceutical योगों की पोषण प्रभाव बढ़ाने के लिए, पायसीकारकों लाइपोसोम dispersions से जुड़ जाते हैं लिपिड के अधिक मात्रा में स्थिर करने के लिए। लेकिन जांच से पता चला था कि लिपिड की क्षमता आम तौर पर सीमित है। पायसीकारी के अलावा के साथ, इस प्रभाव पहले दिखाई देगा और अतिरिक्त पायसीकारी phosphatidylcholine की बाधा आत्मीयता पर कमजोर होता है। नैनोकणों – phosphatidylcholine और लिपिड की रचना - इस समस्या का जवाब कर रहे हैं। ये नैनोकणों एक तेल छोटी बूंद जो phosphatidylcholine की एक monolayer द्वारा कवर किया जाता द्वारा गठित कर रहे हैं। नैनोकणों के उपयोग के योगों जो अधिक लिपिड को अवशोषित करने में सक्षम हैं और स्थिर बने हुए हैं, ताकि अतिरिक्त पायसीकारी आवश्यक नहीं हैं अनुमति देता है।
Ultrasonication नैनोमल्सन और नैनोडिसर्सन के उत्पादन के लिए एक सिद्ध विधि है। अत्यधिक गहन अल्ट्रासाउंड दूसरे चरण (निरंतर चरण) में छोटी बूंदों में एक तरल चरण (फैला हुआ चरण) फैलाने के लिए आवश्यक शक्ति की आपूर्ति करता है। फैलाने वाले क्षेत्र में, इम्प्लोडिंग पोकेशन बुलबुले आसपास के तरल में गहन सदमे की तरंगें पैदा करते हैं और परिणामस्वरूप उच्च तरल वेग के तरल जेटों का गठन होता है। कोलेसेन्स के खिलाफ फैलाव चरण की नवगठित बूंदों को स्थिर करने के लिए, इमल्सीफायर (सतह सक्रिय पदार्थ, सर्फैक्टेंट) और स्टेबिलाइजर्स इमल्शन में जोड़े जाते हैं। विघटन के बाद बूंदों के सहवास के रूप में अंतिम बूंदों के आकार के वितरण को प्रभावित करता है, अल्ट्रासोनिक फैलाने वाले क्षेत्र में बूंदों में व्यवधान के तुरंत बाद वितरण के बराबर एक स्तर पर अंतिम बूंद आकार वितरण को बनाए रखने के लिए इमल्सीफायरों को कुशलता से स्थिर करने के लिए उपयोग किया जाता है।

लाइपोसोम Dispersions

लिपोसोमल फैलाव, जो असंतृप्त फॉस्फेटिडाइलक्लोरीन पर आधारित होते हैं, ऑक्सीकरण के खिलाफ स्थिरता में कमी। फैलाव का स्थिरीकरण एंटीऑक्सीडेंट द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, जैसे कि विटामिन सी और ई के जटिल द्वारा।
Ortan एट अल। (2002) Anethum की अल्ट्रासोनिक तैयारी के विषय में उनके अध्ययन में हासिल लिपिड अच्छे परिणाम में आवश्यक तेल graveolens। Sonication के बाद, लिपिड के आयाम 70-150 एनएम के बीच, और 230-475 एनएम के बीच MLV के लिए थे, इन मूल्यों को भी 2 महीने के बाद लगभग स्थिर थे, लेकिन 12 महीने के बाद inceased, विशेष रूप से एसयूवी फैलाव (नीचे हिस्टोग्राम देखें) में। स्थिरता माप, आवश्यक तेल हानि और आकार के वितरण के विषय में, यह भी पता चला है कि सिर्फ लाइपोसोम dispersions वाष्पशील तेल की सामग्री को बनाए रखा। यह पता चलता है कि लिपिड में आवश्यक तेल की फंसाने तेल स्थिरता में वृद्धि हुई।

Ultrasonically तैयार बहु ​​परतदार पुटिकाओं (MLV) और एकल uni-परतदार पुटिकाओं (SUV) आवश्यक तेल घटाने और कण आकार वितरण के विषय में एक अच्छा स्थिरता दिखा।

चित्र 3:। Ortan एट अल। (2009): 1 वर्ष के बाद MLV और एसयूवी dispersions की स्थिरता। लाइपोसोम योगों 4 ± 1 º सेल्सियस पर संग्रहीत किया गया।

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अल्ट्रासोनिक प्रभाव

नैनोकणों के अल्ट्रासोनिक उत्पादन के बगल में, इन पदार्थों की प्रसंस्करण ultrasonication के अनुप्रयोगों के लिए एक विस्तृत क्षेत्र है। Agglomerates तोड़ने के लिए है, कणों को detangled और / या फैलाने के लिए है, सतहों को सक्रिय या कार्यान्वित किया जाना चाहिए, और नैनो-बूंदों emulsified होना चाहिए। इन सभी प्रसंस्करण चरणों के लिए, अल्ट्रासाउंड एक सिद्ध आवश्यक विधि है। हाई-पावर अल्ट्रासाउंड तीव्र प्रभाव उत्पन्न करता है। जब उच्च तीव्रता पर तरल पदार्थ का sonicating, ध्वनि तरंगों तरल मीडिया में फैलता है परिणामस्वरूप उच्च दबाव (संपीड़न) और कम दबाव (दुर्लभ प्रतिक्रिया) चक्र, आवृत्ति के आधार पर दरों के साथ। कम दबाव चक्र के दौरान, उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले या voids बनाते हैं। जब बुलबुले एक मात्रा प्राप्त करते हैं जिस पर वे अब ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, तो वे उच्च दबाव चक्र के दौरान हिंसक रूप से गिर जाते हैं। इस घटना को कहा जाता है गुहिकायन
माइक्रो turbulences और अप करने के लिए 1000 किमी / घंटा की सूक्ष्म विमानों में गुहिकायन बुलबुले परिणामों की विविधता। बड़े कणों कटाव या कण आकार में कमी (आसपास के तरल में गुहिकायन पतन के माध्यम से) (अंतर-कण टकराव या सतह पर गठित गुहिकायन बुलबुले के पतन के माध्यम से विखंडन के कारण) सतह के अधीन हैं। यह स्फटिक आकार और संरचना बदलने की वजह से प्रसार, बड़े पैमाने पर स्थानांतरण प्रक्रिया और ठोस चरण प्रतिक्रियाओं के तेज त्वरण की ओर जाता है। (Suslick 1998)

अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण उपकरण

Hielscher उच्च गुणवत्ता और प्रयोगशाला और औद्योगिक आवेदन के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर के शीर्ष आपूर्तिकर्ता है। से रेंज में उपकरणों 50 वाट तक 16,000 वाट हर मात्रा और हर प्रक्रिया के लिए सही अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर को खोजने के लिए अनुमति देते हैं। अपने उच्च प्रदर्शन, विश्वसनीयता, मजबूती और आसान आपरेशन करके, अल्ट्रासोनिक उपचार तैयार करने और नेनो सामग्री के प्रसंस्करण के लिए एक आवश्यक तकनीक है। सीआईपी (स्वच्छ-इन-जगह) और एसआईपी (नसबंदी-इन-जगह) से लैस, Hielscher की अल्ट्रासोनिक उपकरण दवा मानकों के अनुसार सुरक्षित और कुशल उत्पादन की गारंटी। सभी विशिष्ट अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं आसानी से प्रयोगशाला या बेंच-टॉप पैमाने में परीक्षण किया जा सकता है। इन परीक्षणों के परिणाम, पूरी तरह से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य हैं ताकि निम्नलिखित पैमाने-अप रैखिक है और आसानी से प्रक्रिया अनुकूलन के बारे में अतिरिक्त प्रयास के बिना बनाया जा सकता है।

सोनो-संश्लेषण एक बैच के रूप में या सतत प्रक्रिया के रूप किया जा सकता है।

Pic। 2: अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेल रिएक्टर सतत प्रक्रिया के लिए अनुमति देते हैं।

साहित्य / संदर्भ

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